低通濾波器的FIR的設(shè)計(jì)
[導(dǎo)讀]???基于FPGA低通濾波器FIR的設(shè)計(jì)1濾波器的特征參數(shù)介紹圖1低通濾波器特征參數(shù)????如圖1所示，低通濾波器的通帶截止頻率為ωp,通帶容限為α1，阻帶截止頻率為ωs,阻帶容限為α2。通帶定義為|ω|≤ωp,過渡帶定義為ωp
基于FPGA低通濾波器FIR的設(shè)計(jì)
1 濾波器的特征參數(shù)介紹
2 設(shè)計(jì)目標(biāo)
要求：使用fir濾波器設(shè)計(jì)一個(gè)濾波器系數(shù)為15階的低通濾波器，通帶截止頻率為1KHZ，采樣頻率為44.1khz。
3 matlab的設(shè)計(jì)驗(yàn)證
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%設(shè)計(jì)一個(gè)低通濾波器 采樣頻率為44.1khz, 截止頻率為1khz
FS = 44100; %HZ
fc = 1000;
N = 15;
Q = 16;
%以采樣頻率的一半，對(duì)頻率進(jìn)行歸一化處理
wn_lpf=fc*2/FS;
%采用fir1函數(shù)設(shè)計(jì)FIR濾波器
b_lpf=fir1(N-1,wn_lpf);
%濾波系數(shù)進(jìn)行量化
b_16=round(b_lpf/max(abs(b_lpf))*(2^(Q-1)-1));
%求濾波器的幅頻響應(yīng)
m_lpf=20*log(abs(fft(b_lpf)))/log(10);
b16_lpf=20*log(abs(fft(b_16)))/log(10);
%設(shè)置幅頻響應(yīng)的橫從標(biāo)單位為Hz
x_f=[0:(FS/length(m_lpf)):FS/2];
%繪制單位脈沖響應(yīng)
subplot(221);stem(b_lpf);xlabel('n');ylabel('h(n)');
title('低通濾波器的單位脈沖響應(yīng)','fontsize',8);
subplot(222);stem(b_16);xlabel('n');ylabel('h(n)');
title('低通濾波器的單位脈沖響應(yīng)','fontsize',8);
%繪制幅頻響應(yīng)曲線
subplot(223);plot(x_f,m_lpf(1:length(x_f)));xlabel('頻率(Hz)','fontsize',8);ylabel('幅度(dB)','fontsize',8);
title('低通濾波器的幅頻響應(yīng)','fontsize',8);
subplot(224);plot(x_f,b16_lpf(1:length(x_f)));xlabel('頻率(Hz)','fontsize',8);ylabel('幅度(dB)','fontsize',8);
title('低通濾波器的幅頻響應(yīng)','fontsize',8);
圖2 低通濾波器的matlab單位脈沖響應(yīng)和幅頻響應(yīng)
4 FPGA信號(hào)發(fā)生器
為了驗(yàn)證低通濾波器，我們?cè)O(shè)計(jì)了測(cè)試驗(yàn)證的sin信號(hào)發(fā)生器。
wire [17:0] kfreq= (k<2048)?18’h00333:18’h00FFF;//1khz-5khz
產(chǎn)生1khz和5khz的sin波。
圖3 信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生1khz和5khz的sin測(cè)試源測(cè)試源的FFT分析：
圖4 測(cè)試源數(shù)據(jù)的matlab分析
由圖4的頻域圖可知，測(cè)試源產(chǎn)生了1khz和5khz的sin。
5 FPGA的fir設(shè)計(jì)
Fir濾波器verilog代碼設(shè)計(jì)采取全并行模式。
`timescale 1ps/1ps
module fir1(
input mclk,//45.1584MHZ
input reset_n,
input signed[31:0] pcm_in,
output signed[31:0] pcm_out
);
localparam LAST_CYCLE = 1023;
reg [9:0] i;
reg signed [31:0] pcm1,pcm2,pcm3,pcm4,pcm5,pcm6,pcm7,pcm8,pcm9,pcm10,pcm11,pcm12,pcm13,pcm14,pcm15;
reg signed [47:0] pcm1_out,pcm2_out,pcm3_out,pcm4_out,pcm5_out,pcm6_out,pcm7_out,pcm8_out,pcm9_out,pcm10_out,pcm11_out,pcm12_out,pcm13_out,pcm14_out,pcm15_out;
reg signed [51:0] pcm_r;
wire signed [15:0] coeff1,coeff2,coeff3,coeff4,coeff5,coeff6,coeff7,coeff8,coeff9,coeff10,coeff11,coeff12,coeff13,coeff14,coeff15;
assign coeff1 = 2208;
assign coeff2 = 3631;
assign coeff3 = 7612;
assign coeff4 = 13576;
assign coeff5 = 20413;
assign coeff6 = 26727;
assign coeff7 = 31169;
assign coeff8 = 32767;
assign coeff9 = 31169;
assign coeff10 = 26727;
assign coeff11 = 20413;
assign coeff12 = 13576;
assign coeff13 = 7612;
assign coeff14 = 3631;
assign coeff15 = 2208;
assign pcm_out = pcm_r[51:20];
always @(posedge mclk or negedge reset_n) begin
if(!reset_n) begin
i<= 0;
pcm1<=0;
pcm2<=0;
pcm3<=0;
pcm4<=0;
pcm5<=0;
pcm6<=0;
pcm7<=0;
pcm8<=0;
pcm9<=0;
pcm10<=0;
pcm11<=0;
pcm12<=0;
pcm13<=0;
pcm14<=0;
pcm15<=0;
pcm1_out<=0;
pcm2_out<=0;
pcm3_out<=0;
pcm4_out<=0;
pcm5_out<=0;
pcm6_out<=0;
pcm7_out<=0;
pcm8_out<=0;
pcm9_out<=0;
pcm10_out<=0;
pcm11_out<=0;
pcm12_out<=0;
pcm13_out<=0;
pcm14_out<=0;
pcm15_out<=0;
pcm_r<= 0;
end
else begin
i <= i 1;
if(i == 0) begin
pcm1<=pcm_in;
pcm2<=pcm1;
pcm3<=pcm2;
pcm4<=pcm3;
pcm5<=pcm4;
pcm6<=pcm5;
pcm7<=pcm6;
pcm8<=pcm7;
pcm9<=pcm8;
pcm10<=pcm9;
pcm11<=pcm10;
pcm12<=pcm11;
pcm13<=pcm12;
pcm14<=pcm13;
pcm15<=pcm14;
end
if(i==1) begin
pcm1_out <= pcm1*coeff1;
pcm2_out <= pcm2*coeff2;
pcm3_out <= pcm3*coeff3;
pcm4_out <= pcm4*coeff4;
pcm5_out <= pcm5*coeff5;
pcm6_out <= pcm6*coeff6;
pcm7_out <= pcm7*coeff7;
pcm8_out <= pcm8*coeff8;
pcm9_out <= pcm9*coeff9;
pcm10_out <= pcm10*coeff10;
pcm11_out <= pcm11*coeff11;
pcm12_out <= pcm12*coeff12;
pcm13_out <= pcm13*coeff13;
pcm14_out <= pcm14*coeff14;
pcm15_out <= pcm15*coeff15;
end
if(i==2) pcm_r<= pcm1_out pcm2_out pcm3_out pcm4_out pcm5_out pcm6_out pcm7_out pcm8_out pcm9_out pcm10_out pcm11_out pcm12_out pcm13_out pcm14_out pcm15_out;
end
end
endmodule
fpga實(shí)驗(yàn)modelsim仿真結(jié)果，從圖5來看1khz幾乎保持不變，而5khz波形幅度上被抑制了很多。
圖5 modelsim fir實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)域波形
Matlab fft分析：
圖6 matlab分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果由圖2和圖6對(duì)比，5khz經(jīng)過濾波后的功率減小了20DB，圖2與圖5基本一致，fir的低通濾波器全并行設(shè)計(jì)成功。
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摘 要：闡述一種1/4波長(zhǎng)短截線寬帶濾波器的設(shè)計(jì)過程，用低通原型分析了寬帶濾波器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；然后對(duì)比公式，歸納數(shù)據(jù)，修改相關(guān)變量，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)公式；最后編譯公式，設(shè)計(jì)了一款可以計(jì)算短截線導(dǎo)納計(jì)算器，舉例證明其可行性。這種簡(jiǎn)化...
關(guān)鍵字： 四分之一波長(zhǎng)短截線 寬帶濾波器 低通濾波器 公式簡(jiǎn)化數(shù)字濾波器可以分為兩大部分：即經(jīng)典濾波器和現(xiàn)代濾波器。經(jīng)典濾波器就是假定輸入信號(hào)x(n)中的有用成分和希望濾除成分分別位于不同的頻帶，因而我們通過一個(gè)線性系統(tǒng)就可以對(duì)噪聲進(jìn)行濾除，如果噪聲和信號(hào)的頻譜相互混疊，則經(jīng)典濾波...
關(guān)鍵字： 數(shù)字濾波器 低通濾波器 帶阻濾波器
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